Resonance ya anga, ni jambo gani hili na inaweza kutabiri hali ya hewa?

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Angahewa ya dunia hutetemeka kama kengele kubwa: mawimbi yanasafiri kando ya ikweta katika pande zote mbili, yakiizunguka dunia. Hitimisho hili lilifikiwa na wanasayansi kutoka Japan na Marekani, kuthibitisha hypothesis ya muda mrefu ya resonance ya anga. Je! ni jambo gani hili na linaweza kutumika kutabiri hali ya hewa na mabadiliko ya hali ya hewa ya muda mrefu?

Mawimbi ya laplace

Mwanzoni mwa karne ya 19, mwanafizikia na mwanahisabati Mfaransa Pierre-Simon Laplace alilinganisha angahewa ya Dunia na bahari kubwa inayofunika sayari na fomyula zinazotolewa, zinazojulikana leo kama milinganyo ya mawimbi ya Laplace, inayotumiwa katika hesabu kufanya utabiri wa hali ya hewa.

Laplace aliamini kuwa angahewa ina upepo na mtiririko wake, pamoja na mawimbi ya raia wa hewa na nishati ya joto. Miongoni mwa mambo mengine, alitaja oscillations wima katika uso wa Dunia, kueneza katika mwelekeo usawa, ambayo inaweza kurekodiwa na mabadiliko katika shinikizo uso.

Mawimbi ya joto ya angahewa yanayohusiana na mzunguko wa Dunia yamegunduliwa kwa muda mrefu na wanajiofizikia. Hata hivyo, mawimbi ya usawa hayakuweza kugunduliwa. Na sasa ni wazi kwa nini.

Kama Takatoshi Sakazaki wa Shule ya Wahitimu wa Sayansi ya Chuo Kikuu cha Kyoto na Kevin Hamilton, profesa wa Kituo cha Kimataifa cha Utafiti wa Pasifiki katika Chuo Kikuu cha Hawaii huko Manoa, walivyogundua, mawimbi ya Laplace yana mizani kubwa sana - yanafunika karibu hemispheres nzima - na ni mafupi sana. vipindi, chini ya siku.

Kwa hivyo, walipuuzwa katika uchunguzi wa matukio ya anga ya ndani, kama vile ngurumo, na katika uchunguzi wa harakati kubwa, lakini za muda mrefu za raia wa hewa.

Mchoro wa urefu wa mawimbi ya usawa na vipindi vya matukio ya anga ambayo yalijifunza hapo awali na wanasayansi. Nyota ni mawimbi ya bahari. Contour nyekundu - Eneo la resonance ya wimbi la Laplace

"Chessboard" ya Dunia

Waandishi wa utafiti huo walichanganua data kutoka Kituo cha Ulaya cha Utabiri wa Hali ya Hewa wa Masafa ya Kati (ECMWF) kwa miaka 38 - kutoka 1979 hadi 2016 ikijumuisha, ikijumuisha mabadiliko ya kila saa katika shinikizo la anga la uso kwenye uso mzima wa sayari. Matokeo yake, kadhaa ya njia za wimbi zisizojulikana hapo awali zilitambuliwa - mifumo ya oscillations ya harmonic, ambayo wanasayansi huita modes.

Watafiti walipendezwa sana na mawimbi yenye muda mfupi kutoka masaa mawili hadi 33, yakienea kwa usawa katika angahewa kote ulimwenguni kwa kasi kubwa - zaidi ya kilomita 1100 kwa saa.

Kanda za shinikizo la juu na la chini linalohusishwa na mawimbi haya huunda muundo wa checkerboard wa tabia kwenye ramani, ambayo, hata hivyo, hutofautiana kwa kila moja ya njia kuu nne - Kelvin, Rossby, mawimbi ya mvuto na mchanganyiko wa mbili za mwisho.

Mchoro wa ubao wa kuangalia ulioundwa na kanda za shinikizo la chini (bluu) na la juu (nyekundu). Kwa mfano, mbili kati ya njia kuu nne zinaonyeshwa - Kelvin na mvuto na vipindi vya kuzunguka kwa angahewa ya Dunia ya 32, 4 na 9, 4 masaa. Matokeo ya uigaji wa kompyuta

Kengele ya hewa

Ilibadilika kuwa angahewa ya Dunia ni kama kengele ya kupigia, wakati sauti za juu zimewekwa juu ya msingi mkuu wa masafa ya chini. Ni mseto huu wa sauti ya chinichini yenye vimiminiko vidogo vidogo ambavyo hufanya mlio wa kengele kufurahisha sana.

Tu "muziki" wa Dunia sio sauti, lakini mawimbi ya shinikizo la anga, linalofunika dunia nzima. Kila moja ya njia kuu nne ni resonance ya anga, kwa mlinganisho na resonances ya kengele. Katika kesi hii, mawimbi ya Kelvin ya chini-frequency yanaenea kutoka mashariki hadi magharibi, na wengine - kutoka magharibi hadi mashariki.

Wanasayansi walihesabu vigezo vya resonance inayotokana na kuongezwa kwa njia zote nne, haswa sanjari na utabiri wa Laplace. Na hii ilithibitisha wazo lake kuu kwamba hali ya hewa inadhibitiwa na mawimbi ya shinikizo la anga.

"Inafurahisha kwamba maono ya Laplace na wanafizikia wengine waanzilishi yamethibitishwa kikamilifu karne mbili baadaye," Takatoshi Sakazaki alinukuu katika taarifa kwa vyombo vya habari kutoka Chuo Kikuu cha Hawaii huko Manoa.

"Utambuaji wetu wa aina nyingi katika data ya ulimwengu halisi unaonyesha kuwa anga hulia kama kengele," Hamilton anaendelea.

Waandishi hutaja tukio la maeneo ya kupokanzwa yaliyofichwa kwa sababu ya upitishaji wa angahewa na utaratibu wa uenezaji wa mtiririko wa nishati yenye msukosuko kama sababu zinazowezekana za mwonekano wa ulimwengu.

Uhamisho wa mikoa ya shinikizo la chini (bluu) na la juu (nyekundu) kwa kila moja ya njia kuu nne: A - mawimbi ya Rossby; B - Kelvin mawimbi; С - mawimbi ya mvuto; D - mode mchanganyiko Rossby - mvuto

Upepo wa Ikweta huko Antaktika

Jambo lingine linalohusishwa na mawimbi katika angahewa lilielezewa hivi karibuni na wanasayansi wa Marekani kutoka Chuo Kikuu cha Clemson huko South Carolina na Chuo Kikuu cha Colorado huko Boulder.

Kuchunguza mikondo ya ncha za dunia katika kituo cha McMurdo huko Antaktika - mikondo mikubwa ya duara ya hewa baridi ambayo inazunguka juu ya kila nguzo ya Dunia - waligundua kuwa vortex ya Antaktika inalingana na awamu za kuzunguka kwa kila miaka miwili katika angahewa (QBO).

Takriban kila baada ya miaka miwili, pepo za latitudinal zinazovuma kwenye ikweta ya Dunia hubadilisha mwelekeo kutoka mashariki hadi magharibi. Mbele huanza kwa mwinuko wa zaidi ya kilomita 30 kwenye stratosphere na kushuka chini kwa kasi ya takriban kilomita moja kwa mwezi. Baada ya miezi 13-14, ubadilishaji wa upepo hutokea wakati huo huo kwenye ikweta nzima. Kwa hivyo, mzunguko kamili huchukua kutoka miezi 26 hadi 28.

Mpango wa jumla wa oscillations quasi-biennial

Wamarekani waligundua kuwa wakati wa awamu ya mashariki ya QBO, vortex ya Antarctic inapanuka na kufanya mikataba wakati wa awamu ya magharibi. Hii inafafanuliwa na kifungu cha mawimbi ya mvuto wa meridional kutoka ikweta hadi kwenye nguzo kupitia tabaka tofauti za anga.

Mawimbi haya yalirekodiwa na kupendekeza kuwa yanahusishwa na mabadiliko katika mwelekeo wa upepo unaovuma kwenye ikweta - kwa umbali wa zaidi ya kilomita elfu tisa kutoka kwa tovuti ya uchunguzi. Ulinganisho na data kutoka kwa mfumo wa NASA wa uchunguzi wa hali ya hewa na angahewa wa MERRA-2 kwa kipindi cha 1999 hadi 2019 ulithibitisha hili kikamilifu.

Imejulikana kwa muda mrefu kuwa upanuzi wa eneo la vortex ya polar huleta hali ya hewa ya baridi hadi katikati ya latitudo. Hata hivyo, ukweli kwamba sababu kuu ni mabadiliko katika mwelekeo wa upepo wa stratospheric katika tropiki ulikuja kwa mshangao.

Wanasayansi wanatumai kuwa mifumo ambayo wamegundua itasababisha mifano sahihi zaidi ya hali ya hewa na mzunguko wa anga kwa utabiri wa hali ya hewa. Wakati huo huo, wana wasiwasi kwamba katika miongo ya hivi karibuni, athari za mambo ya anthropogenic imekuwa ikiongezeka.

Kwa hiyo, miaka minne iliyopita, tuliona ukiukaji wa mzunguko wa FTC. Mnamo Februari 2016, mpito kuelekea upepo wa mashariki ulikatizwa ghafla. Moja ya sababu zinazowezekana ni ongezeko la joto duniani.

Kengele ya kengele

Cha kuhangaisha zaidi ni kuongezeka kwa matukio ya hali ya hewa kali, mara nyingi pia huhusishwa na hitilafu za mawimbi ya anga. Hasa, wanasayansi wanaonyesha kutokea kwa mawimbi ya anga ya Rossby katika Ulimwengu wa Kaskazini.

Mawimbi ya Rossby ni mipinde mikubwa katika pepo za mwinuko ambazo zina athari kubwa kwa hali ya hewa. Ikiwa watapita katika hali ya utulivu, mabadiliko ya vimbunga na anticyclones yamesimamishwa. Kwa sababu hiyo, katika baadhi ya maeneo hunyesha kwa wiki, na kugeuka kuwa mafuriko, wakati katika maeneo mengine, joto lisilo la kawaida huwekwa, kama mwaka huu katika Arctic.

Mawimbi ya joto na ukame unaopiga Amerika ya Kati na Kaskazini, Ulaya ya Kati na Mashariki, eneo la Bahari ya Caspian na Asia ya Mashariki mara kadhaa wakati wa kiangazi na kudumu kwa wiki moja hadi mbili, husababisha uharibifu mkubwa kwa kilimo. Kwa miaka kadhaa mfululizo, mavuno yamekuwa yakipungua hapa, ambayo inachanganya hali ya kijamii.

Kwa hivyo "muziki" wa Dunia mara nyingi zaidi na zaidi husikika sio kama wimbo wa upole, lakini kengele ya kutisha.